本发明涉及建筑材料，特别涉及一种磷石膏轻质高延性水泥基复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、核工程设施作为国家安全和发展的关键设施，其可能会遭受高技术武器精确打击、爆炸袭击或地震等破坏，其破坏和损毁不仅会造成巨大的国民财产损失，同时也会存在环境安全损害。混凝土作为核工程建筑的主要结构材料，既承担着屏蔽射线的任务，又是核设施的重要安全保障，其力学性能事关整个核工程的安危。传统水泥基材料的抗拉强度远远低于抗压强度，在服役过程中，当受到的弯拉荷载大于材料自身的极限抗拉强度时，会出现结构开裂和破坏的现象。当前防辐射混凝土的设计强度普遍不高，多数不超过60mpa。传统的高延性水泥基材料仅包括有机纤维，在冲击的高应变条件下，其对震动的吸收有限，因而迫切需要研发具有高强度、优异抗冲击性能和防辐射性能的水泥基材料，以满足我国国防和民用核工程安全防护的重大战略需求。
2、我国公路在维护的过程中会不断产生废弃路面，破碎后得到大量废弃沥青砂，而沥青砂是一种很好的抗冲击材料。但是现有技术中，将废弃沥青砂用于制备水泥基材料的研究不多。另外，磷石膏是用硫酸处理磷矿石制取磷酸的工业废渣，截止目前为止，我国磷石膏堆存量已达到约7亿吨，并且正以每年约8000万吨的速度不断激增。磷石膏的堆存不仅占用大量土地资源，而且氟化物、游离磷酸等杂质的浸出会对周边环境和地下水造成严重污染，这些不利影响已经成为制约磷化工行业可持续发展的敏感问题。目前磷石膏应用在建筑混凝土领域存在钙矾石过量生成导致水泥基材料破坏的问题，因而无法大量应用。如何将磷石膏进行大规模资源化利用也是现在亟需解决的问题。因此利用废弃沥青砂和磷石膏发明一种磷石膏轻质高延性水泥基复合材料显得很有必要。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种磷石膏轻质高延性水泥基复合材料及其制备方法，本发明的轻质高延性水泥基复合材料具有高的抗拉强度和抗冲击强度。具体通过以下技术实现。
2、一种磷石膏轻质高延性水泥基复合材料，包括以下重量份数的原料：水泥450-600份，粉煤灰150-300份，硅灰100-300份，磷石膏轻质集料400-500份，弹性沥青砂200-300份，复合纤维12-18份，钢纤维60-90份，减水剂20-30份，水170-200份；
3、其中，弹性沥青砂的制备方法，包括以下步骤：
4、将废弃沥青混凝土破碎，筛分，得到废弃沥青砂；
5、所述废弃沥青砂经有机溶剂冲洗，干燥，然后置于工业油中浸泡，干燥，得到弹性废弃沥青砂；
6、将所述弹性废弃沥青砂置于硅烷偶联剂溶液中浸润，过滤，干燥，得到弹性沥青砂。
7、一般地，本发明的废弃沥青混凝土可以是由旧路在现场铣刨破碎后得到的，也可以是旧路整体开挖后在搅拌站破碎后得到的。采用有机溶剂对废弃沥青砂进行冲洗，是为了确保有机溶剂充分均匀裹覆在废弃沥青砂表面，对沥青砂表面进行侵蚀、溶胀处理，以确保除去杂质并让沥青表面蓬松，以便更好的起到抗冲击的作用，且冲洗的操作不会造成沥青彻底溶解损失。废弃沥青砂经冲洗、干燥后，采用工业油进行浸泡，油分融进疏松的沥青砂内部，进一步使得沥青砂表面的沥青层变厚、变弹、变软。干燥去除多余油分以后，再与硅烷偶联剂充分接触，硅烷偶联剂可对沥青砂表面进行极性化处理，使得沥青砂与水泥基材料形成良好的界面，从而形成刚性、弹性的抗冲击材料。
8、本发明中，磷石膏轻质集料与复合纤维会在混凝土内部形成预应力场，从而提高水泥基材料在承受冲击时的力学性能。由于磷石膏轻质集料表面生成钙矾石膨胀，从而与混掺纤维在水泥基材料内部产生预应力，极大提高了水泥基材料的抗冲击性能。与传统高延性水泥基材料相比，本发明的轻质高延性水泥基复合材料在相同冲击外力荷载条件下，内部损伤的概率大大降低。在水泥水化进程中，磷石膏轻质集料中的硫酸钙会与水泥发生反应，生成具有膨胀效果的钙矾石，进而有效地抑制了水泥基复合材料的收缩。
9、优选地，硅烷偶联剂的掺量为弹性废弃沥青砂质量的1-2％。
10、优选地，筛分的筛网粒径为1-2.5mm，沥青含量占废弃沥青砂总重量的10％。
11、优选地，所述溶剂为水和无水乙醇，水、硅烷偶联剂和无水乙醇的质量比为1:(3-6):(4-7)。
12、优选地，冲洗的条件为：时间为5-8min，流速为0.2-0.5ml/s。
13、优选地，浸泡时间为0.5-2h。
14、优选地，浸润的时间为1-2h。
15、优选地，硅烷偶联剂包括kh550、a151或a171型号中的至少一种。
16、优选地，有机溶剂包括四氯化碳溶液、四氢呋喃溶液或丙酮溶液中的至少一种。
17、优选地，工业油包括微晶石蜡油、白油或轻质润滑油中的至少一种。
18、优选地，磷石膏轻质集料的制备方法，包括以下步骤：
19、将磷石膏与碱激发剂粉磨，混匀，造粒，得到磷石膏骨料；
20、将所述磷石膏骨料破碎，筛分，得到磷石膏轻质砂；
21、将所述磷石膏轻质砂放入聚合物溶液中浸渍，干燥，得到磷石膏轻质集料。
22、本发明采用聚合物溶液将磷石膏骨料进行浸渍处理，可以使得破碎后磷石膏内部的孔隙部分封闭，可解决钙矾石过量生成导致水泥基材料破坏的问题，同时还能利用聚合物的胶粘作用，使得破碎的磷石膏骨料内部微裂纹得以粘接，以提升磷石膏轻质砂的强度。
23、本发明的磷石膏轻质集料表面多孔、粗糙，内部含有大量毛细孔，该结构不仅提高了集料与水泥砂浆之间的粘结强度，且使得磷石膏轻质集料具有“缓释水”效应，即磷石膏轻质集料经过清水浸泡后得到预湿集料。混凝土成型后会随着时间的延长缓慢释放出内部水分，使混凝土得到充分的内养护，大幅降低混凝土的自收缩和干燥收缩，对于水泥基材料的体积稳定性有很大提升，也能提高混凝土的密实性和强度，使建筑物的使用寿命延长，提高水泥基复合材料的耐久性能。
24、本发明的磷石膏轻质集料中，含有大量的二水硫酸钙(caso4·2h2o)，附带着大量的结晶水，由于结晶水结构对中子辐射有极强的阻碍作用，因此，本发明的轻质高延性水泥基复合材料可作为军工抗冲击防辐射水泥基材料使用。
25、进一步优选地，磷石膏与碱激发剂的质量比为10：(8-12)。
26、进一步优选地，碱激发剂为氢氧化钠和/或水玻璃。
27、进一步优选地，聚合物溶液包括聚氨酯溶液、聚丙烯酸钠溶液或聚乙烯醇溶液中的至少一种。
28、进一步优选地，聚合物溶液包括质量分数为10％-50％的聚氨酯溶液、质量分数为0.5％-2％的聚丙烯酸钠溶液或质量分数为5％-20％的聚乙烯醇溶液中的至少一种。
29、进一步优选地，浸渍的时间为0.5-2h。
30、优选地，粉煤灰为粉煤灰微珠，烧失量≤5.5％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥92％。
31、优选地，硅灰中sio2质量含量≥95％，比表面积≥14500m2/kg，28d活性指数≥100％。
32、优选地，复合纤维包括质量比为10:(9-11):(8-12)的聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维和聚酯纤维。
33、进一步优选地，聚乙烯纤维长度为9-14mm，直径为0.021-0.050mm，抗拉强度>3000mpa，弹性模量>85gpa。
34、进一步优选地，聚乙烯醇纤维长度为5-10mm，直径为0.01-0.045mm，抗拉强度>1550mpa，弹性模量为40-50gpa。
35、进一步优选地，聚酯纤维长度为12-18mm，直径为0.02-0.04mm，抗拉强度为400-900mpa，弹性模量≥4gpa。
36、优选地，钢纤维为端勾钢纤维，长度为30-40mm，直径为0.50-0.60mm，抗拉强度>1600mpa。
37、优选地，减水剂为聚羧酸减水剂，减水率>30％。
38、优选地，水为普通自来水，符合《混凝土用水标准》(jgj63-2016)的要求。
39、上述轻质高延性水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
40、将磷石膏轻质集料浸入水中预湿至饱水状态，得到预湿集料；
41、将所述预湿集料与所述水泥、硅灰、粉煤灰混匀，加入所述减水剂和水混匀，再加入所述复合纤维、钢纤维混匀，得到初始水泥基材料；
42、将所述初始水泥基材料装模，振捣，成型，养护后，得到轻质高延性水泥基复合材料。
43、本发明采用磷石膏预湿集料和弹性沥青砂作为集料制备具有高抗冲击性能的轻质高延性水泥基复合材料，可以解决工业固废的处理问题，有利于环境保护。利用多孔磷石膏轻质集料的内养护作用，在一定程度上改善水泥基复合材料收缩大的问题，此外，还可有效解决目前高韧性混凝土常用集料资源匮乏的问题、磷石膏大量堆积问题，节约资源能源；利用沥青路面废弃材料制备弹性沥青砂，可有效利用固废；采用减水剂和粉煤灰微珠等矿物掺合料，优化混凝土拌合物的工作性能，改善混凝土的密实性和均质性，并进一步降低混凝土的收缩，提高高韧性混凝土的力学性能和体积稳定性能。本发明结合磷石膏轻质集料以及预湿集料的“缓释水”效应，有效提升水泥基复合材料的抗裂性能和体积稳定性，同时可优化混凝土的孔结构，改善混凝土的耐久性能。
44、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
45、1、本发明将废弃沥青混凝土处理改性为弹性沥青砂，作为水泥基材料的原料，一方面提高了水泥基材料受到冲击时吸收、耗散震动能量的能力，有效地解决了传统水泥基材料抗冲击性能不足的问题；另一方面，弹性沥青砂还可以作为细骨料的一部分，充分利用了固废，节约能源；
46、2、本发明采用聚合物溶液对磷石膏轻质砂进行浸渍处理，可以使破碎后的磷石膏内部的孔隙部分封闭，这样一方面可以保障钙矾石不会过量生成导致水泥基材料破坏，另一方面还可利用聚合物的胶粘作用，使得破碎的磷石膏轻质砂内部微裂纹得以粘接，提升磷石膏轻质砂的强度；磷石膏骨料具有轻质的特点，因此磷石膏轻质集料的掺入降低了水泥基材料的自重，增加了水泥基材料的应用场景；
47、3、本发明的轻质高延性水泥基复合材料具有轻质、低收缩、高抗拉强度和高抗冲击强度的优点；
48、4、本发明的磷石膏轻质集料中，含有大量的二水硫酸钙(caso4·2h2o)，附带着大量的结晶水，由于结晶水结构对中子辐射有极强的阻碍作用，因此本发明的轻质高延性水泥基复合材料可作为军工抗冲击防辐射水泥基材料使用；
49、5、本发明实现了废弃沥青混凝土和磷石膏的固废利用，有利于环境保护。
1.一种磷石膏轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水泥450-600份，粉煤灰150-300份，硅灰100-300份，磷石膏轻质集料400-500份，弹性沥青砂200-300份，复合纤维12-18份，钢纤维60-90份，减水剂20-30份，水170-200份；
2.根据权利要求1所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述有机溶剂包括四氯化碳、四氢呋喃、丙酮中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述工业油包括微晶石蜡油、白油、轻质润滑油中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂的掺量为所述弹性废弃沥青砂质量的1-2％。
5.根据权利要求1所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述磷石膏轻质集料的制备方法，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述磷石膏与所述碱激发剂的质量比为10：(8-12)。
7.根据权利要求5所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述聚合物溶液包括聚氨酯溶液、聚丙烯酸钠溶液、聚乙烯醇溶液中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述浸渍的时间为0.5-2h。
9.根据权利要求1所述的轻质高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述复合纤维包括质量比为10:(9-11):(8-12)的聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维和聚酯纤维。
10.权利要求1-9任一项所述的轻质高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
